顯微鏡,顯微鏡價(jià)格,顯微鏡的價(jià)格

　　納米粗糙度

　　閱讀次數(shù)：1505次懸賞分：0 | 解決時(shí)光：2007-5-2 09:58 | 提問者：mig29dxm

　　哪位能幫忙說明一下普通粗糙度和納米粗糙度之間丈量，評(píng)定的不同~~

　　Zui佳答案

　　1 引言納米技巧是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的高新科技。近年來,隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)各種納米器件表面精度的要求也越來越高,如在半導(dǎo)體掩膜、磁盤、宇宙空間用光學(xué)鏡片、環(huán)形激光陀螺等中,均已提出表面粗糙度的均方根小于1nm的請(qǐng)求。要實(shí)現(xiàn)這么高精度的非常光滑表面,測(cè)量?jī)x器的辨別力首先要到達(dá)納米量級(jí)。然而,目前的表面粗糙度測(cè)量?jī)x,如:自聚焦測(cè)量?jī)x,固然Z向分辨力可以到達(dá)小于5nm,但是X-Y向分辯力卻只有1μm掃描探針顯微鏡,不能滿足納米標(biāo)準(zhǔn)形貌研究的要求,于是急切要求找到一種在X、Y、Z三個(gè)方向的分辨力均能達(dá)到納米量級(jí)的表面粗糙度測(cè)量方式。以掃描隧道顯微鏡(STM)與原子力顯微鏡(AFM)為代表的掃描隧道顯微鏡(SPM)技巧,由于其超高分辯力,完整能滿足這種渺小尺寸的測(cè)量要求。其中AFM 由于測(cè)量不受樣品導(dǎo)電性的限制,運(yùn)用范疇更廣。AFM 的掃描過程是由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)樣品移動(dòng)的,由于壓電陶瓷的伸縮變形量非常渺小,一般而言,掌握電壓每轉(zhuǎn)變1V,伸縮量?jī)H轉(zhuǎn)變幾個(gè)納米STM,因此,AFM 能夠很好地滿足納米標(biāo)準(zhǔn)形貌研討的請(qǐng)求。本文首先具體論述了表面粗糙度及其重要評(píng)定參數(shù)第25卷第4期2003年8月光學(xué)儀器OPTICALINSTRUMENTSVol.25,No.4August,2003* 收稿日期:2002-02-23作者簡(jiǎn)介:陳英飛(1977-),女,浙江臨海人,浙江大學(xué)碩士研討生,從事原子力顯微鏡硬件系統(tǒng)優(yōu)化方面的研討。的概念,扼要先容了用于納米粗糙度測(cè)量的AFM 儀器體系,重點(diǎn)先容了實(shí)現(xiàn)這種粗糙度丈量的軟件實(shí)現(xiàn)辦法,并對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行了扼要的剖析。2 原理及方式2.1 粗糙度的概念及重要評(píng)定參數(shù)表面粗糙度(原稱表面光潔度)是反應(yīng)零件表面微觀幾何外形誤差的一個(gè)主要指標(biāo)。它重要由加工進(jìn)程中刀具和零件表面之間的摩擦,切屑分別時(shí)的塑性變形和金屬撕裂,以及工藝系統(tǒng)中存在的高頻振動(dòng)等原因所形成的。表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)很多,其中輪廓算術(shù)均勻偏差Ra、微觀不平度十點(diǎn)高度Rz、輪廓Zui大高度Ry這3個(gè)與微觀不平度高度特征有關(guān)的表面粗糙度參數(shù),由于各自不同的長(zhǎng)處,成為被世界各國(guó)普遍用作產(chǎn)業(yè)尺度中的三個(gè)輪廓高度評(píng)定參數(shù)。因此,選用Ra、Rz、Ry作為系統(tǒng)納米粗糙度測(cè)量的三個(gè)輪廓高度評(píng)定參數(shù)。輪廓算術(shù)平均偏差(Arithmeticalmeandeviationoftheprofile)Ra為取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓偏距盡對(duì)值的算術(shù)平均值(如圖1所示)原子力顯微鏡:Ra= 1n∑ ni=1|yi| (1)yi為基于中線的表面輪廓高度,n為所取的輪廓偏距數(shù)。圖1 表面粗糙度Ra示意圖微觀不平度十點(diǎn)高度(Tenpointheightofirregularities)Rz是指在取樣長(zhǎng)度內(nèi)五個(gè)Zui大的輪廓峰高的均勻值和五個(gè)Zui大的輪廓谷深的平均值之和。Rz= ∑5i=1ypi+∑5i=1( yvi)/5 (2)輪廓Zui大高度(Maximumheightoftheprofile)Ry為取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓峰頂線與輪廓谷底線之間的間隔:Ry= maxRi(0≤ i≤ k)Ri= ypi+ y< == vi(3)式中,ypi,yvi分辨為第i個(gè)輪廓峰高和第i個(gè)輪廓谷深,k為取樣長(zhǎng)度內(nèi)的峰谷個(gè)數(shù)。由于實(shí)際須要,為了更好地表征樣品表面的幾何外形,經(jīng)常還需測(cè)量面粗糙度。面粗糙度中與微觀不平度高度特征有關(guān)的三個(gè)表面粗糙度評(píng)定參數(shù)Ra、Rz、Ry公式與線粗糙度的公式相似,所不同的是面粗糙度公式包括X、Y兩個(gè)方向。由于篇幅有限,這里就不再反復(fù)給出。2.2 AFM 儀器系統(tǒng)AFM 的工作原理是基于原子與原子之間的相互作用力。當(dāng)一根十分尖利的微探針在縱向充足逼近樣品表面至數(shù)納米甚至更小間距時(shí),微探針尖真?zhèn)€原子和樣品表面的原子之間將發(fā)生相互作用的原子力。原子力的大小與間距之間存在必定的曲線關(guān)系。通過檢測(cè)原子間的作用力可以獲得樣品表面的微觀形貌。AFM 通過光電探測(cè)器把這種作用力信息轉(zhuǎn)化為電壓信息,Zui后顯示為灰度圖。只要讀取AFM 圖像中某·26· 光學(xué)儀器第25卷?xiàng)l掃描線(橫向或縱向)或者某個(gè)區(qū)域的灰度值并將其還原為高度值。然后根據(jù)線粗糙度或面粗糙度的Ra、Rz、Ry表達(dá)式就可以求出相應(yīng)的線或面粗糙度值。圖2所示為AFM 的機(jī)、光、電、算系統(tǒng)框圖。通過光束偏轉(zhuǎn)法將微弱的原子力轉(zhuǎn)化為放大的偏轉(zhuǎn)位移量,由地位敏感元件(PSD)接受反射光束。然后經(jīng)過前置放大電路將PSD輸出的光電流信號(hào)放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),再通過A/D接口將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸進(jìn)計(jì)算機(jī),從而顯示出樣品形貌。同時(shí)計(jì)算機(jī)通過D/A接口把持掃描電路,實(shí)現(xiàn)樣品相對(duì)于探針的橫向掃描(即XY掃描)。掃描采取恒力模式,即探針與樣品在掃描進(jìn)程中堅(jiān)持必定的縱向即(Z向)間距,為此引進(jìn)了比例-積分-微分(PID)反饋節(jié)制電路體系STM。為有效實(shí)現(xiàn)AFM 微探針的安裝、激光光斑的對(duì)準(zhǔn),以及探針-樣品間的微進(jìn)給等操作,引進(jìn)了CCD顯微攝像監(jiān)控系統(tǒng),在監(jiān)督器監(jiān)控下,這些操作直觀而便捷,進(jìn)步了儀器的可操作性。XYZ掃描把持器由三根相互垂直的管狀壓電陶瓷與樣品臺(tái)組成,它可以在保證分辨力的同時(shí)獲得較大的動(dòng)態(tài)掃描范疇,而十字架的穩(wěn)固構(gòu)造,又使其實(shí)用于較大或較重的樣品掃描。圖2 AFM 系統(tǒng)框圖2.3 軟件設(shè)計(jì)為獲得樣品表面的粗糙度,更好地懂得樣品表面的微觀幾何形狀,針對(duì)上述的AFM 系統(tǒng)和適用化的要求,設(shè)計(jì)了在不同型號(hào)的盤算機(jī)和不同操作系統(tǒng)下均能有效工作的AFM 系統(tǒng)軟件。體系軟件分為兩部分:圖像掃描部分和圖像處置部分。圖像掃描部分,軟件供給了良好的掃描界面和參數(shù)設(shè)置功效,可對(duì)掃描規(guī)模、掃描速度、掃描偏移量等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)劑,并選擇圖像像素和圖像亮度閾值的大小。掃描獲得的圖像可在顯示框內(nèi)實(shí)時(shí)地反復(fù)顯示。掃描進(jìn)程中可依據(jù)須要捕捉圖像并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中,圖像的捕捉操作可持續(xù)進(jìn)行,以便對(duì)樣品作實(shí)時(shí)的在線檢測(cè)。圖像處置部分,軟件供給多種圖像顯示功效?？蓪D像作平面顯示、三維立體顯示和截面線顯示。實(shí)現(xiàn)圖像的反色、線性變換、灰度拉伸、平滑、濾波、銳化、反轉(zhuǎn)、裁剪、縮放、二值化、直方圖統(tǒng)計(jì)、粒徑統(tǒng)計(jì)等處置。獲得待測(cè)樣品的AFM 圖像(每幅圖像存有400×400或180×180個(gè)信息點(diǎn))后,只要選取顯示橫向或縱向線粗糙度,并通過鼠標(biāo)在圖像中拾取一點(diǎn)坐標(biāo)值(X,Y),盤算機(jī)就讀取該坐標(biāo)點(diǎn)所在地位的一條橫向掃描線或縱向線上的400(或180)個(gè)信息點(diǎn)的Z值。并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)點(diǎn)實(shí)際代表的高度值,就可將具有雷同X值或Y值的數(shù)據(jù)點(diǎn)的Z高度變更曲線即X或Y向的截面線顯示出來,從而形象地表現(xiàn)出樣品表面的微觀幾何形狀。同時(shí)依據(jù)粗糙度Ra、Rz、Ry公式,盤算出該坐標(biāo)點(diǎn)所在地位的橫向或縱向截面線的粗糙度并顯示出來。相似地,用鼠標(biāo)在圖像中拾取一區(qū)域,計(jì)算機(jī)將讀取該區(qū)域內(nèi)所有信息點(diǎn)并依據(jù)面粗糙度公式計(jì)算該區(qū)域的Ra、Rz、Ry值,從而獲得相應(yīng)區(qū)域的微觀幾何外形。3 試驗(yàn)及成果剖析為了檢測(cè)AFM 在表面粗糙度測(cè)量中的精度,進(jìn)行了大批的試驗(yàn)測(cè)試。首先,在石英玻璃表面進(jìn)行了第4期陳英飛等: 原子力顯微鏡在納米粗糙度測(cè)量中的利用·27·一維橫向和縱向線粗糙度的測(cè)定。如圖3所示為石英玻璃表面(圖像大小為1700nm×1700nm),取樣長(zhǎng)度L為1700nm的一維橫向截面線圖及其線粗糙度數(shù)值顯示框圖(縱向截面線圖相似,由于篇幅有限,這里不再給出)。由圖可見,AFM 圖在X、Y、Z三個(gè)方向上的粗糙度辨別力均到達(dá)了納米量級(jí)。石英玻璃表面Zui大峰高為4nm,Zui大谷深為4nm,0nm處的虛線為表面粗糙度的測(cè)量基準(zhǔn)線(基準(zhǔn)線采取中線制)。并且,在截面圖的下方分辨顯示出了表面輪廓算術(shù)均勻偏差Ra為1nm,微觀不平度十點(diǎn)高度Rz為2nm,輪廓Zui大高度Ry為8nm?？梢?AFM 用于表面粗糙度測(cè)量已完整達(dá)到納米量級(jí)。圖3 石英玻璃形貌圖和橫向截面線及粗糙度顯示框圖圖4 石英玻璃面粗糙度測(cè)量(a) 表面形貌圖(b) 面粗糙度顯示框圖圖5 藍(lán)寶石基底上ZnO薄膜面粗糙度測(cè)量(a) 表面形貌圖(b) 面粗糙度顯示框圖·28· 光學(xué)儀器第25卷對(duì)于AFM 在面粗糙度測(cè)量中的精度測(cè)定,分離在藍(lán)寶石基底上的ZnO薄膜表面和石英玻璃表面拾取了雷同大小的區(qū)域(圖像大小均為1000nm×1000nm),進(jìn)行了面粗糙度的測(cè)量和比擬。如圖4和圖5所示,圖中(a)為拾取的AFM 形貌圖,(b)為相應(yīng)的面粗糙度數(shù)值顯示框圖。由圖可見,兩幅圖中,三個(gè)粗糙度評(píng)定參數(shù)都達(dá)到了納米量級(jí),其中石英玻璃表面的Ra值(1nm)比ZnO薄膜表面的Ra值(6nm)要小的多。4 結(jié)論表面粗糙度的測(cè)量是檢測(cè)資料表面功效中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié),隨著納米技巧的敏捷發(fā)展,必將對(duì)表面粗糙度的測(cè)量精度提出越來越高的要求。原子力顯微鏡是一種具有納米級(jí)辨別力的表面顯微剖析儀器,是測(cè)量各種資料表面納米粗糙度及察看這些資料表面納米構(gòu)造的幻想儀器。所設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng),用自制的具有納米級(jí)分辯力的原子力顯微鏡來丈量表面粗糙度,試驗(yàn)成果表明,該套軟硬件系統(tǒng)能夠很好地滿足納米粗糙度測(cè)量的請(qǐng)求。

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　　答復(fù)時(shí)光：2007-3-30 10:42 | 我來評(píng)論


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